阻抗源逆变器光伏并网控制研究

【摘要】：逆变器将直流电转换为交流电,广泛应用于电力电子中的功率变换。 传统逆变器包括电压源型和电流源型两种拓扑结构,但是它们都存在着原理上的不足,在应用中造成装置造价高,效率低。电压源逆变器通常是一种降压型的逆变器,要得到更高的电压,就必须增加一个额外的直流升压变流器,这就限制了它的输出。并且同一桥臂上的上下开关管可能由于电磁干扰等因素的影响而导致同时导通,这将损坏开关及电路,从而降低电路的可靠性。为了防止直通的发生,需要加入死区时间,这又可能使波形发生畸变。电流源逆变器中也存在类似的问题。 阻抗源逆变器又称Z源逆变器,为功率变换提供了一种新的逆变器拓扑和理论,它克服了传统的电压源型和电流源型逆变器的不足。同时由于其允许同一桥臂上下开关管的同时导通——直通状态的发生,为逆变器主电路的升压或降压提供了一种新的思路。在此基础上提出了具有升降压功能的阻抗源逆变器,通过控制直通占空比能够实现输出电压的任意升降,在光伏系统中,通过调节直通占空比的比例可以进行最大功率点的跟踪控制(MPPT) 本文对Z源逆变器的工作原理、工作模式进行了详细地分析,并对不同的PWM控制方法做了相应地仿真验证和比较,分析了电容电压、电感电流在逆变器直通和非直通模式下的变化状态,比较了不同控制方法下开关管上的电压应力及采用相同的调制比M时获得的电压增益G。对光伏系统中MPPT的方法做了较广的调研分析,对光伏电池进行了数学建模,并对逆变模式下的电网等效电路、功率关系进行了分析。建立了Z源逆变器光伏并网系统的数学模型,为控制系统的建立做基础。研究了逆变器的控制策略,设计了电容电压外环和入网电感电流内环的双闭环控制系统,通过仿真验证了所设计调节器的动态性和稳定性。最后通过建立整个系统的仿真电路图,验证了理论分析和控制策略的正确性。 【关键词】：Z源逆变器 MPPT 光伏并网 直通占空比 闭环控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及发展现状11-13
• 1.2 传统并网逆变器13-15
• 1.2.1 电压型逆变器13-14
• 1.2.2 电流源逆变器14-15
• 1.3 Z源逆变器15-16
• 1.4 本文选题的意义和研究内容16-18
• 第2章 Z源逆变器控制18-30
• 2.1 Z源逆变器的工作原理18-20
• 2.2 电压型Z源逆变器的控制方法20-29
• 2.2.1 简单升压控制方法21-24
• 2.2.2 最大升压SPWM控制方法24-26
• 2.2.3 三次谐波注入法26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 太阳能光伏发电30-40
• 3.1 太阳能电池30-32
• 3.2 最大功率点跟踪控制策略32-36
• 3.2.1 非自寻优算法34
• 3.2.2 自寻优算法34-36
• 3.3 光伏并网系统36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 Z源并网逆变器数学建模40-53
• 4.1 Z源逆变器并网数学模型思路40-41
• 4.2 开关函数法建立数学模型41-44
• 4.2.1 开关函数建立Z网络数学模型41-42
• 4.2.2 采用开关函数建立三相并网模型42-44
• 4.2.3 开关函数建立Z网络和三相并网数学模型44
• 4.3 占空比法建立数学模型44-47
• 4.4 Z源并网逆变器dq模型的建立47-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 Z源并网逆变器控制53-70
• 5.1 电流闭环控制系统设计54-60
• 5.1.1 电流环模型结构54-56
• 5.1.2 电流调节器设计56-60
• 5.2 电压闭环系统设计60-66
• 5.3 仿真66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第6章 Z源光伏并网逆变器MPPT控制策略70-76
• 6.1 电压空间矢量控制方法(SVPWM)70-73
• 6.2 统一空间矢量控制方法(USVPWM)73-75
• 6.3 本章小结75-76
• 第7章 总结与展望76-77
• 7.1 本文工作总结76
• 7.2 研究展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 学位论文评阅及答辩情况表82

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